不容易!航天员的出舱活动,也讲究“窗口”

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不容易!航天员的出舱活动,也讲究“窗口”
发布日期:2022-09-17 08:19    点击次数:203

  航天员在轨执行飞行任务时,将根据任务安排适时开展舱外活动。为确保航天员的生命安全和任务的圆满成功,出舱活动窗口的选择至关重要。航天员出舱活动窗口的选择可分为两个阶段,首先是基于任务需要与保障条件的宏观时间窗口的选择,其次是结合实施出舱活动的各类约束条件选择具体的出舱时间窗口,这就需要综合考虑空间站能源约束、空间环境、气象条件、天地作息等多种因素和条件约束,进行分析后确定。

  能源约束

  在天和核心舱单舱飞行期间,考虑机械臂舱外运动路径的安全性,在出舱活动期间,太阳帆板将被设置为垂直归零状态,不再跟随太阳转动。

航天员从核心舱执行出舱活动时,太阳帆板设置为垂直归零状态。

  在核心舱与问天实验舱一字构型飞行期间,两舱所需能源分别由各自的太阳帆板供应。当出舱活动仅使用问天实验舱小机械臂支持时,核心舱太阳帆板不受影响,可正常跟随太阳转动保障核心舱能源供应;为了防止问天实验舱太阳帆板转动时遮挡中继天线通信,并综合考虑小机械臂运动路径安全性,会将问天实验舱太阳帆板设置为水平归零状态,不再跟随太阳转动。

航天员从问天实验舱执行出舱活动时,太阳帆板设置为垂直归零状态。

  也就是说,由于太阳帆板的设置,需在合适的太阳入射角范围内,才能保障能源供应,因而对出舱活动窗口选择产生了约束。

  待空间站三舱能源并网之后,可采用非出舱作业舱段的太阳帆板来保障空间站平台能源供应, 正规的大小单双平台届时出舱活动窗口选择将不再受到能源约束。

  空间环境

  在满足空间站能源约束的前提下,出舱活动窗口选择需考虑空间辐射环境对航天员的影响,根据空间环境预报对出舱活动窗口进行分析。结合太阳质子事件和地磁暴发生概率预测结果,避开空间天气事件;根据南大西洋异常区特点,结合我国舱外航天服屏蔽能力实际,综合分析确定监测预报条件,并进一步根据空间站组合体运行轨道,对出舱活动窗口进行分析并提出建议。

  气象条件

  出舱活动期间,由中继卫星提供测控通信支持。由于中继传输数据量很大,在传输过程中若受到雨衰影响会导致天地通信受到干扰,因此在进行出舱活动窗口选择时,还需参考气象预报结果。

  天地作息

  在中国空间站中,约每90分钟就会经历一轮昼夜交替,为便于天地工作开展,需综合考虑航天员的身体状态及天地同步作息制度,尽量安排在北京时间白天进行出舱活动,以保障航天员和地面支持人员均能以最佳状态实施出舱活动。

  如果多次出舱活动接续实施,需给航天员预留充分的休息与恢复时间、必要的在轨训练时间,以及舱外作业设备测试与准备、舱外航天服消耗品换装等工作耗时。

  此外,出舱窗口的选择,还要考虑在出舱准备期间发生异常问题需进行临时处置等意外情况,事先预留合理的备份窗口,以应对可能出现的出舱推迟等情况。

  开展舱外活动,实施舱外作业,正在成为空间站阶段飞行任务工作常态。中国航天员将开展次数更多、更为复杂的出舱活动,为空间站顺利完成建造及稳定运营提供有力支持。

  延伸阅读

  太阳质子事件:太阳爆发活动喷发的大量高能粒子(主要是质子)到达地球附近,能量大于10MeV的质子通量超过10pfu时,表明太阳爆发活动产生了很强的质子流,此类事件称为太阳质子事件。

  地磁暴:当太阳爆发时,日冕物质抛射携带大团日冕等离子体及磁场与地球磁层发生相互作用,尤其是其携带的南向磁场可触发地磁暴。地磁暴引发的大气密度变化可造成空间站轨道高度衰减显著增加,不容忽视。

  南大西洋异常区:南大西洋异常区(South Atlantic Anomaly,SAA)是位于西经0°~60°、南纬20°~50°的南大西洋(非洲和南美洲之间)上空200km以上的一个负磁异常区,辐射明显高于近地轨道的其他区域,是近地轨道载人航天的一个重要电离辐射环境,出舱活动应尽可能避开SAA。其核心位置大约在东经35°、南纬35°处,以一定的速率向西北方向漂移。区域范围与高度有关,随着高度增加,SAA的范围增大。在相同高度下,SAA按照质子通量由低至高的顺序分为4级,通量越大、SAA等级越高、SAA区域越小,经过SAA所需时间越短,不经过SAA(出舱活动的窗口期)的时间越长。

  雨衰:雨衰指的是电波穿过降雨区后受到雨滴的吸收与辐射,产生衰减的情况,是影响卫星通信系统传输质量及系统性能的因素之一。